垃圾焚燒排放二噁英對環(huán)境影響研究

文_張晉娟 山西人和致遠(yuǎn)環(huán)境咨詢有限公司

我國已將CALPUFF大氣擴(kuò)散模式納入環(huán)境空氣質(zhì)量法規(guī)模型中，說明此模型具備可靠性。實際應(yīng)用中基于此模型能夠模擬復(fù)雜地形條件下污染物以非穩(wěn)態(tài)煙團(tuán)傳輸和擴(kuò)散轉(zhuǎn)化過程，可視化顯示污染物的擴(kuò)散運行方式，能夠應(yīng)用于二噁英大范圍傳播對環(huán)境影響的研究中。下文將基于此模型，分析垃圾焚燒排放二噁英對環(huán)境的切實影響。

1 CALPUFF空氣質(zhì)量模型

1.1 氣象處理模塊

運用CALPUFF煙團(tuán)擴(kuò)散模塊運算采取積分煙團(tuán)和Slug方法。其中，積分煙團(tuán)的計算公式如下：

式中g(shù)-高斯方程垂直項；nh)-混合層高度；（He+-有效高度；dc-橫向距離；da-順風(fēng)距離；πσx、σy、σs-擴(kuò)散系數(shù)；Q-源強(qiáng)；C-地面濃度。

Slug方法的計算公式如下：

式中da-軸線方向到受體點距離；dc-垂直煙片的軸線；g-垂直反射項；q-污染源排放速度；F-因果關(guān)系函數(shù)；σy-風(fēng)速偏差；u-標(biāo)量風(fēng)速；u'-平面矢量風(fēng)速。

煙團(tuán)擴(kuò)散計算公式如下：

式中σys-面源側(cè)向擴(kuò)散產(chǎn)生的水平擴(kuò)散系數(shù)分量；σyb、σzb-擴(kuò)散過程中浮力抬升產(chǎn)生的σy、σc分量；σyt、σz-由于大氣湍流作用的形成擴(kuò)散系數(shù)σy、σz；Δξ-取樣過程中煙團(tuán)的增長量；（ξyn、（ξzn-污染源參量。氣象模擬結(jié)果驗證的計算公式如下：

式中-監(jiān)測值的平均值；-模擬值的平均值；Oi-監(jiān)測值；Mi-模擬值。

1.2 實例分析

將此模型應(yīng)用于某地區(qū)溫度、風(fēng)速和風(fēng)向監(jiān)測中，得到的結(jié)果見表1、表2、表3。

表1 某地區(qū)溫度模擬值與檢測值評估結(jié)果

表2 某地區(qū)風(fēng)速模擬值與監(jiān)測值評估結(jié)果

表3 某地區(qū)風(fēng)向模擬值與監(jiān)測值評估結(jié)果

通過讀表發(fā)現(xiàn)，某地區(qū)風(fēng)速監(jiān)測值與模擬值具有較高的吻合度，相關(guān)系數(shù)最高可達(dá)0.99，且IOA分別為0.84、0.87，Gross Error和RMSE均處于小于1的范圍。溫度方面吻合度一般，風(fēng)向方面吻合度較好，但以上兩方面的Gross Error和RMSE均在1左右。因此，可證明借助CALPUFF空氣質(zhì)量模型能夠支撐地區(qū)氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測工作，為探究具體影響奠定基礎(chǔ)。

2 基于CALPUFF空氣質(zhì)量模型垃圾焚燒排放二噁英對環(huán)境影響

研究垃圾焚燒二噁英對環(huán)境的影響，需統(tǒng)計監(jiān)測區(qū)域各個焚燒項目的二噁英檢測值，并計算最大值、中位數(shù)、最小值和均值，同時得到標(biāo)準(zhǔn)差、方差和極差，以便定量分析。具體的計算公式如下：

式中C0-二噁英監(jiān)測值的平均值；Cm-二噁英的統(tǒng)計值；Cmin-二噁英的最小值；Cmax-二噁英的最大值。

經(jīng)計算，本文所監(jiān)測區(qū)域共有10座垃圾焚燒廠，二噁英的排放量范圍處于1.46×10-9～1.58×10-8kgI-TEQ/h的范圍內(nèi)。

2.1 大氣環(huán)境

二噁英于大氣中傳播是主要研究方向，在干濕沉降作用下進(jìn)入土壤中，進(jìn)而對地下水等產(chǎn)生影響。研究二噁英遷移和在大氣中轉(zhuǎn)化是本文重點探討內(nèi)容，分析其在不同環(huán)境介質(zhì)中的分布能夠掌握排放對環(huán)境的切實作用?；诙f英排放預(yù)測范圍，并在CALPUFF空氣質(zhì)量模型的支持下，預(yù)測垃圾焚燒廠周邊大氣環(huán)境影響作用情況。圖1為某垃圾焚燒廠周邊落地分布圖。

圖1 某垃圾焚燒廠周邊落地分布

構(gòu)建二噁英排放清單，采取CALPUFF空氣質(zhì)量模型預(yù)測監(jiān)測區(qū)域垃圾焚燒對大氣環(huán)境影響。通過分析發(fā)現(xiàn)，在此區(qū)域二噁英的排放量范圍處于的1.46×10-9～1.58×10-8kgITEQ/h范圍內(nèi)，除A、B、C三市的年均貢獻(xiàn)范圍在內(nèi)1.00×10-8～2×10-8kgI-TEQ/h外，其余7市的年均貢獻(xiàn)范圍均處于1.46×10-9～1.58×10-8kgI-TEQ/h內(nèi)。且D、E、F、G市的大氣污染擴(kuò)散較為明顯。根據(jù)風(fēng)向分析來看，主導(dǎo)風(fēng)向全年保持一致，最高值出現(xiàn)在最大落地點處，具有明顯的大氣湍流活動，直接作用于二噁英顆粒擴(kuò)散與遷移過程，影響分布。由此可見，排放二噁英對大氣環(huán)境影響需考慮到氣象條件、所在地形和焚燒廠運行時間。

2.2 土壤環(huán)境

二噁英以煙氣狀態(tài)排放至大氣中，在雨水沖刷和重力沉降作用下落于土壤，因二噁英的光分解性，當(dāng)區(qū)域內(nèi)存在陽光直射情況時，二噁英將被分解。當(dāng)缺少陽光照射，二噁英將沉降于土壤，存在長達(dá)20a的半衰期，對土壤造成污染。因此，要從垃圾焚燒廠運行時間和二噁英年均沉降量共同作用角度得出土壤環(huán)境總累積量。

經(jīng)研究，某地區(qū)土壤年均濃度貢獻(xiàn)處于1.07×10-4～7.06×10-2ngI-TEQ/m2的 范 圍 內(nèi)，且A、D、E、F、G市土壤富集比較明顯，年均濃度貢獻(xiàn)范圍為1.60×10-2～7.06×10-2ngI-TEQ/m2，與大氣擴(kuò)散趨勢匹配度較高。

借助統(tǒng)計學(xué)理論，驗證土壤監(jiān)測值與土壤沉降值的相關(guān)系數(shù)，計算公式如下：

式中n-采樣點數(shù)；M-模擬沉降值的平均值；Mi-模擬的沉降值；O-土壤監(jiān)測的平均值；Oi-土壤監(jiān)測值。

檢驗?zāi)Ｐ偷木珳?zhǔn)性，分析模擬值與土壤監(jiān)測值間的相關(guān)性。但因監(jiān)測值與模擬值的單位不統(tǒng)一，難以直接比較數(shù)量和量級，需引入趨勢比較方法分析值，得到焚燒廠的相關(guān)系數(shù)。本文僅給出A、D、E、F、G市垃圾焚燒廠的監(jiān)測值與土壤沉降模擬值的相關(guān)驗證結(jié)果，具體見表4。

表4 垃圾焚燒廠監(jiān)測值與土壤沉降值的相關(guān)性驗證

通過讀表發(fā)現(xiàn)，各垃圾焚燒廠監(jiān)測值與土壤沉降值的相關(guān)性較好，證明CALPUFF模型對二噁英沉降空間分布模擬的結(jié)果能夠代表實際情況，整體結(jié)果可接受。

3 討論

結(jié)合文章所探討的內(nèi)容可以清楚的了解到通過建立空氣質(zhì)量模型，能夠?qū)鴪龇贌龔S所排放的二噁英于大氣和土壤中擴(kuò)散程度有所認(rèn)識。由于二噁英本身屬于空氣污染物，對環(huán)境保護(hù)起到抑制作用，為此在獲取在應(yīng)用CALPUFF空氣質(zhì)量模型后，應(yīng)當(dāng)就二噁英降解展開研究。通過引入回收炭再生技術(shù)，了解活性炭再生率影響以及水熱降解飛灰中二噁英的機(jī)理以及控制辦法，解決環(huán)境問題，從真正意義上降解二噁英，達(dá)到吸收煙氣中二噁英的效果，為國家環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

4 結(jié)語

綜上所述，文章所提出的CALPUFF空氣質(zhì)量模型應(yīng)用于某地區(qū)溫度、風(fēng)速和風(fēng)向的模擬中，能夠展現(xiàn)出吻合度較高的結(jié)果，說明監(jiān)測值與模擬值較為一致。在CALPUFF空氣質(zhì)量模型的支持下，分析10座垃圾焚燒廠排放二噁英對環(huán)境影響的研究方法，得到A、B、C三市的年均貢獻(xiàn)范圍在1.00×10-8～2×10-8kgI-TEQ/h內(nèi)外，其余7市的年均貢獻(xiàn)范圍均處于1.46×10-9～1.58×10-8kgITEQ/h內(nèi)。且D、E、F、G市的大氣污染擴(kuò)散較為明顯的有關(guān)大氣環(huán)境影響結(jié)論。并得到土壤年均濃度貢獻(xiàn)處于1.07×10-4～7.06×10-2ngI-TEQ/m2的范圍內(nèi)，且A、D、E、F、G市土壤富集比較明顯，年均濃度貢獻(xiàn)范圍為1.60×10-2～7.06×10-2ngI-TEQ/m2，與大氣擴(kuò)散趨勢匹配度較高的有關(guān)土壤環(huán)境影響的結(jié)論。